自动控制系统根据分类的目的.doc

目 录 第一章 自动控制原理 1 1.1 自动控制系统 2 1.2 自动控制系统的类型 2 1.2.1 开环,闭环与复合控制系统 3 1.2.2 线性系统与非线性系统 4 1.2.3 连续系统与离散系统 5 1.2.4 定常系统与时变系统 5 1.2.5 SISO系统和MIMO系统 5 1.2.6 集中参数系统与分布参数系统 6 1.3 对控制系统性能的基本要求 6 1.3.1 稳定性 6 1.3.2 暂态性能 6 1.3.3 稳态性能 6 第二章 连续系统的数学模型 7 2.1 系统数学模型的而概念 7 2.1.1 数学模型的定义与主要类型 7 2.1.2 建立数学模型的方法 8 2.2 微分方程的描述 8 2.3 传递函数 9 2.3.1 传递函数与脉冲响应函数的定义 10 2.3.2 传递函数的表达式 10 第三章 时域分析法 11 3.1 稳定性分析 12 3.1.1 稳定性的概念 12 3.1.2 一阶系统的暂态性能分析 13 3.2 稳态性能分析 14 3.2.1 控制系统误差与稳态误差的定义 14 3.2.2 暂态性能指标 15 3.2.3 一阶系统的暂态性能分析 16 3.2.4 典型二阶系统的暂态分析 17 3.2.5 高阶系统暂态性能近似分析 18 3.3 稳态性能分析 20 3.3.1 控制系统误差与稳态误差的定义 20 3.3.2 控制系统型号或无差度的定义 21 第一章 自动控制原理 自动化技术几乎渗透到国民经济的各个领域及社会的生活的各个方面，是当代发展最迅速、应用最广泛、最引人注目的高科技，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。从某种程度上来说，自动化是现代化的同义词。自动控制原理研究分析、设计自动控制系统的基本方法。 本章从介绍自动控制的发展历史入手，引出用自动控制理论分析、设计自动控制系统的基本思想，然后介绍自动控制的基本概念以及对自动控制系统的基本要求，使读者大致了解自动控制理论的总目标。 1.1 自动控制系统 1976年瓦特发明的蒸汽机，推动了工业革命的进一步发展。但是，当时的蒸汽机需要人不断的调节阀门才能保持蒸汽机的速度稳定，蒸汽机的应用受到调速精度的限制。为了解决蒸汽机的速度控制问题，瓦特与1788年又发明了飞球调节器，这是公认的第一个自动控制系统。它是一个与蒸汽机轴相连的机械装置，当蒸汽机的负载减轻或者蒸汽温度升高等原因导致蒸汽机转速升高时，飞球调节器的转速也升高，离心力增加，分球升高，带着套环上升，气阀联接器关小蒸汽阀门，从而降低蒸汽机速度。反之，当蒸汽机的负载增加或者蒸汽温度下降等原因导致蒸汽机转速降低是，飞球调节器的转速也下降，离心力减小，飞球降低，带着套环下降，气阀联结器开大蒸汽阀门，从而提高蒸汽机速度。由此可见，尽管受到负载、蒸汽温度变化等扰动的影响，但由于飞球调节器的作用，使蒸汽机的速度仍然稳定在设定值附近。 飞球调节器的发明进一步推动了蒸汽机的应用。但是，有时为了提高调速精度，反而使蒸汽机速度出现大幅度振荡，其后出现的其他控制系统也有类似现象发生。由于当时还没有自动控制理论，所以不能从理论上解释这一现象。有人认为系统振荡是因为调节器的制造精度不够，从而努力改进调节器的制造工艺，但始终不能完全解决系统振荡的问题。这种盲目的探索持续了大约一个世纪之久。 1868年，英国的麦克斯韦（J.C.Maxwell）发表了“论调速器”方程，第一次指出不应该单独讨论一个离心锤，必须从整个控制系统出发推到出微分，然后讨论微分方程解的稳定性，从而从理论上分析实际控制系统是否会出现不稳定现象。麦克斯韦的这篇著名论文被公认为是自动控制理论的开端。 自动控制理论分析、设计自动控制系统的基本思想是将各种实际问题用微分方程等数学模型描述，然后用数学工具分析这些数学模型的特性，从而分析系统的性能，设计控制器的数学模型。 自动控制理论研究的对象是系统。人们在日常生活中就接触到很多系统，如经常提到的电力系统、机器系统、文教系统、卫生系统等。事实上，系统是一个相当广泛的概念，一部机器、一个生物体、一条生产线、一个电力网都是一个系统，一个企业、一个社会组织也是一个系统。有小系统、大系统，也有把一个国家甚至整个世界作为对象的巨系统。 1.2 自动控制系统的类型 自动控制系统根据分类的目的，可以用多种方法进行分类。了解控制系统的分类方法，就能在分析和设计系统之前，对系统有一个正确的认识。 下面介绍控制系统常见的几种类型及性质。 1.2.1 开环,闭环与复合控制系统 开环控制系统 在例1.2所示电动机速度控制系统中，系统仅受控制量的控制，被控量对系统的控制没有作用，这也是开环控制的特点。借助于开环控制系统的这一特点，可以给